(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ、ロードロック室、及びウェーハキャリアを備え、ウェーハキャリア内の物品を処理のために真空チャンバに出し入れさせるようになっている処理装置であって、
頂壁に設けられ物品を通過させる開口部を備えたコンパートメントを包囲するハウジングと、
コンパートメント内に設けられ、且つ第１の位置と第２の位置との間で動くことができる物品支持面部とを備え、当該物品支持面部は、第１の位置では、開口部を覆い且つ密封するような形状を有しており、且つ当該第１の位置では、開口部の周りにおける頂壁の下側に接触し、物品が開口部を通じてハウジングの外部と物品支持面部との間で移動できるようになっており、物品支持面部の第２の位置では、物品支持面部は、前記頂壁から下方に距離を置いてコンパートメント内に移動するようになっており、
さらに、
少なくとも第１のカバー位置と第２のカバー位置との間で動くことができ、コンパートメントの外部に設けられたカバーを備え、該カバーは、第１のカバー位置では、開口部を覆って密封するために、開口部の周りにおける頂壁の上側に接触し、第２のカバー位置では、物品を開口部に通すことができるように頂壁から所定距離離れるようになっており、  （１）物品支持面部とカバーの何れかがこれらの第１の位置又は第１のカバー位置にあるときにコンパートメント内に形成される真空チャンバ内の圧力を減少させると共に（２）物品支持面部とカバーの両方がこれらの前記第１の位置又は第１のカバー位置にあるときにカバーと物品支持面部との間に形成されるロードロック室内の圧力を減少させるよう連結できる少なくとも１つの真空ポンプが設けられ、
さらに、
第２の位置にある物品支持面部と、第２の位置から移動した真空チャンバ内の処理場所との間で物品を受け渡しするように構成され、ハウジング内に設けられた搬送機構を備える処理装置において、
物品には、フック状の器具が取り付けられており、物品は、ドーム形状のウェーハキャリアの楔形セグメントの形態をなしており、搬送機構は、物品を持ち上げて移動させるためにフック状の器具と係合する、処理装置。
【請求項２】
搬送機構は、固定ピボット点周りに回動する少なくとも一つの枢動アームを備え、該枢動アームは、第２の位置にある物品支持面部の上にある物品と、処理場所にある物品との二つの物品のそれぞれに同時に係合するように設計されており、該枢動アームをその固定ピボット点周りに１８０度回転させることによって二つの物品の位置を交換するようになっている、請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
搬送機構は、枢動アームと協働して二つの物品を互いに離れるように、及び互いに近付くように直線運動させるための副次的機構を備え、二つの物品が直線運動によって互いに近付いた位置で保持されているときに枢動アームをその固定ピボット点周りに１８０度回転させることによって物品の位置を交換するようになっている、請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
副次的機構は、前記枢動アームの軸が取り付けられたスイングアームを備える、請求項３に記載の処理装置。
【請求項５】
副次的機構は、前記枢動アームの端に枢動可能に取り付けられた追加のアームを備える、請求項３に記載の処理装置。
【請求項６】
搬送機構は、物品支持面部を第２の位置と処理場所との間で移動させるように設計されたキャリジを備え、該キャリジは、物品支持面部を第１の位置と第２の位置との間で移動させ、且つキャリジよりも下に引っ込めて物品支持面部を支持したままキャリジでの横移動を可能にするために、機構を通す開口部を備える、請求項１に記載の処理装置。
【請求項７】
搬送機構は、他の物品を第２の位置と処理場所との間で移動させている間、物品を一時的に載置するための、真空チャンバ内の第３の位置を備える、請求項１に記載の処理装置。
【請求項８】
楔形セグメントは、湾曲した端と反対側の端が切頭されている、請求項１に記載の処理装置。
【請求項９】
ロードロック室を通って物品を真空処理チャンバに出し入れする方法であって、
エンクロージャの壁を貫通して設けられた開口部の周りに、開口部の周りの壁の内側に密着された物品支持面部と、開口部の周りの壁の外側に密着されたカバーとによってロードロック室を形成し、真空処理チャンバをエンクロージャの残りの部分内に形成する段階と、
物品支持面部が前記壁に対して封止されたままの状態でカバーを前記壁とのその封止状態から解き放つことにより物品をロードロック室と前記壁の外部との間で受け渡しする段階と、
カバーが前記開口部の周りでぐるりと前記壁の外部に対して封止された状態で物品支持面部を前記壁から遠ざけることによりロードロック室と処理チャンバとの間に開口部を形成する段階と、
しかる後、搬送機構によって、前記開口部を通して物品をロードロック室と処理チャンバとの間で受け渡しする段階と、を有する方法において、
第１及び第２の物品には、フック状の器具が取り付けられており、物品は、処理される複数の集積回路ウェーハを運ぶための円形ドームの楔形部分であり、搬送機構は、物品を持ち上げて移動させるためにフック状の器具と係合する、方法。
【請求項１０】
ロードロック室と処理チャンバとの間で物品を移動させる段階は、ロードロック室内の第１の物品と、処理チャンバ内の第２の物品の位置を同時に交換する段階を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１の物品と第２の物品を同時に交換する段階は、物品を互いに近付け、物品を１８０度回転させ、次いで物品を互いに離す、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
楔形ドーム部分は、円形側の端と反対側に沿って切頭されている、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
集積回路ウェーハは、処理チャンバ内において、蒸発により物質を堆積させることによって処理される、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】  本発明は一般に、各種真空処理が施される物品の搬送及び取扱いに関し、特に、例えば、蒸着、真空蒸着、スパッタリング、プラズマエッチング等により真空チャンバ内で処理される集積回路用ウェーハの搬送及び取扱いに関する。
【０００２】  最も一般的にはシリコン（Ｓｉ）半導体又はガリウム砒素（ＧａＡｓ）ウェーハ基板上に形成される集積回路は、各ウェーハ上への集積回路の多数のレプリカの形成中、真空チャンバ内で１以上の処理を受けるのが通例である。１以上のウェーハを処理チャンバ内に積み込んだり、これから取り出すたび毎に真空処理チャンバをガス抜きし、次に、真空を再び確立し、その後に初めて処理が可能になるような手順を行わなくても済むように、ウェーハを中間のロードロック室を通して移動させる。ロードロック室は、ゲート弁を介して真空チャンバに連結され、このロードロック室は、外部に対して開かれた別のゲート弁を有している。ロードロック室内の圧力は、処理チャンバ内の圧力とは無関係に制御可能である。
【０００３】  処理されるべきウェーハ又は他の物品を、まず最初に、２つのチャンバを連結しているゲート弁が閉じられたままの状態で、これらウェーハ又は他の物品をその外部のゲート弁を通してロードロック室内に移すことにより処理チャンバ内に積み込む。処理チャンバは、積み下ろし中、その処理圧力の状態又はそれに非常に近い圧力状態に維持される。次に、物品がロードロック室内に位置した状態で外部ゲート弁を閉じ、ロードロック室内の圧力を、真空チャンバの圧力にほぼ等しいレベルまで減少させる。次に、チャンバ相互間のゲート弁を開き、そのゲート弁を通って物品を処理チャンバ内へ移す。次に、このゲート弁を閉じ、処理チャンバ内の物品を処理する。物品を処理チャンバからロードロック室を通って外部に取り出す場合、上記の手順が逆の順序で行われる。物品を処理チャンバ内に移した後又はこれから出した後、ロードロック室が処理チャンバの減少した圧力状態にあるとき、ロードロック室をガス抜きする。真空処理機械の中には、処理されるウェーハのスループットを増大させるために、２つのロードロック室を別々のゲート弁で連結したものがあり、一方のロードロック室は、装填のために用いられ、他方のロードロック室は、取り出しのために用いられる。
【発明の概要】
【０００４】  概要を述べると、本発明の一特徴によれば、非常に小さな容積のロードロック室を壁によって処理チャンバ内に形成し、この壁は、処理チャンバ内へ移動してロードロック室を開け、それにより物品をロードロック室と処理チャンバとの間で移すことができるようになっている。好ましい形態では、壁は、水平方向に差し向けられ、この壁は、処理されるべきウェーハ又は他の物品のキャリヤとしても役立つ。この形態では、壁は、処理チャンバ内で上下に動き、それによりロードロック室を処理チャンバに対して開閉する。上方位置では、壁は、ロードロック室を処理チャンバから隔離するシールを形成する。下降位置では、壁は、ロードロック室を処理チャンバから開放し、これによって支持されている物品を処理チャンバに容易に移送することができるよう配置する。
【０００５】  概要を述べると、本発明の別の特徴によれば、物品を２つの位置相互間で、例えば、ロードロック室（上述したロードロック室又は従来型ロードロック室）内の１つの位置と処理チャンバ内の別の位置との間で移動させるための方法及び機構が提供される。各物品を一度に一つずつ移送するのではなく、２つの位置にある物品を、機構の共通の回転動作によって取り替える。回転運動に必要な領域を最小限に抑えるために、交換されるべき物品は好ましくは、回転軸線がこれらの間に位置した状態で互いに近接して近づける。回転に要する面積が小さいことは、これによりチャンバを小さく作ることができるので物品をロードロック室と処理チャンバとの間で移送する上で特に有利である。
【０００６】  ２つの物品の位置を同時に取り替える機構の利点は、真空処理のスループットが増大することにある。物品をロードロック室と処理チャンバとの間で受け渡しするのに用いられた場合、処理済みの物品は、処理チャンバから取り出されてロードロック室内に入れられ、それと同時に、次の新しい物品がロードロック室から処理チャンバ内に入れられる。同一の技術を別の受渡し機構と共に用いると、ロードロック室から外部への処理済み物品の取り出しと外部からロードロック室内への未処理の新しい物品の装填を同時に行うことができる。本発明の別の特徴によれば、このように同時に移送を行うことにより、ウェーハ又は物品の処理における類似点の数が多くなる。
【０００７】  ロードロック室及び物品受渡し又は移送機構の１つの特定の用途では、これらは、真空処理チャンバ内で物質を蒸発させてウェーハに被着させる機械の中に設けられる。ウェーハは、蒸発中、ドーム状のウェーハキャリヤ上に保持される。ウェーハは非常に脆いので、個々のウェーハを移動させるのではなく、ウェーハが取り付けられたウェーハキャリヤを処理チャンバに出し入れすることが好ましい。かかるドーム状キャリヤは極めて大型であって動かすのが厄介な場合があるので、概要を述べると本発明の別の特徴によれば、ドーム状面部を、円形フレーム上に着脱自在に保持される楔形セグメントの状態に分割するのがよい。これらセグメントは、処理チャンバ内に維持されているフレームと、ロードロック室内に維持されているフレームとの間で一度に一つずつ移される。これにより、移送されるべき構成部品の重さ及びサイズが小さく保たれる。別の特徴として、ドーム状面部のかかる２つの部品の位置を取り替えるのに必要な面積を一段と最小限に抑えるため、これらの尖った端部を、ウェーハ搬送容量をそれほど喪失させることなく切頭するのがよい。
【０００８】  上述したシステムについて高いスループットが不必要な場合、構造がより簡単で安価な物品受渡し機構を、本明細書の発明の概要の項の最初の段落に記載した形式の真空処理チャンバ内に用いてもよい。したがって、本発明の更に別の特徴によれば、キャリジをロードロック室の下の位置と真空チャンバ内の処理領域の下の位置との間で前後に動かす。その目的は、物品をこれら２つの位置相互間で移送することにある。処理されるべきウェーハ又は他の物品のキャリヤ（これは、着脱自在なロードロック室の壁としても役立つ）を、エレベータ構造によってキャリジ上に下降させたり、下からキャリジから持ち上げ、このエレベータ構造は、キャリジに設けられた開口部を通過する。このエレベータ構造は、キャリジを動かしているとき、キャリジの下に引っ込む。
【０００９】  本発明の追加の特徴、利点及び構造上の細部は、本発明の例示の実施形態に関する以下の説明中に記載されており、かかる説明は添付の図面と関連して行われている。
【例示の実施形態の詳細な説明】
【００１０】  まず最初に図１及び図２を参照すると、真空チャンバ１１の構造が概略的に示されている。チャンバ１１は、底壁１３及び頂壁１５を含む壁によって包囲されている。チャンバ１１内の圧力は、真空ポンプ１９により通路を通って空気及び他のガスを抜き出すことにより減少する。チャンバ１１は、弁２１の作動によってガス抜きされてガス、通常は、不活性ガス、例えば窒素が通路２３及び通路１７を通ってチャンバ１１に入ることができるようになっている。コンピュータを用いた制御装置２５が、図面に示すように上述した図１の装置の真空ポンプ１９、ガス抜き弁２１及び他の構成要素を制御する。ヒューマンインタフェース装置２７（これは、モニター及びキーボードを有するのがよい）により、装置のオペレータは、動作パラメータを設定すると共にその作動を制御することができる。
【００１１】真空チャンバ１１内で処理されるべき物品（この場合、物品は、集積回路用ウェーハである）が、チャンバ頂壁１５に設けられた開口部２９を通ってチャンバ１１に出し入れされる。２つの構成要素が互いに協働して、開口部２９を、開口部２９を通って真空チャンバ１１に入る空気又は他のガスに対して封止状態に維持する。これらのうち一方は、カバー３１であり、このカバーは、開口部２９の周りで壁１５の外部上に支持された封止要素３３に当てて配置されるとこの封止作用を発揮する。しかしながら、破線の外形線で示すように、カバー３１は、開口部２９を通ってウェーハを移動させることができるよう壁１５から着脱自在である。第２の封止要素は、ウェーハ支持体３５であり、このウェーハ支持体は、チャンバ頂壁１５の下面によって支持された封止要素３７に上方に押し付けられると、開口部２９を閉じる。支持体３５は、適当な機構３９及び動力源４１によって押圧され、かかる機構及び動力源もまた、表面を頂壁１５から離れた図２に示す位置に下降させるよう動作できる。動力源４１は、機構３９と協働すると、支持体３５に垂直直線運動を与える電気ステッピングモータ、電気サーボモータ、空気圧装置又は他の従来型装置であってもよい。機構３９の一例は、動力源４１によって回転する親ねじである。図１及び図２の装置の通常の作動中、カバー３１および支持体３５の一方は、常時、開口部２９を封止する。
【００１２】  カバー３１とウェーハ支持体３５は協働して、これらの間にロードロック室４３（図１）を形成する。カバー３１は、外部に対してロードロック室４３のゲート弁として働く。ウェーハ支持体３５は、真空チャンバ１１に対してロードロック室４３のゲート弁として働く。一度に多数のウェーハが従来通り、キャリヤ４５に装填された状態でロードロック室４３を通って移送される。真空チャンバ１１に処理されるべき新しいウェーハのバッチを装填するため、カバー３１を開けてウェーハ支持体３５を頂壁１５に対して封止すると、かかるキャリヤ４５を外部からロードロック室４３内へ配置する。ウェーハは好ましくは、処理機を通るウェーハのスループットを増大させるためキャリヤが支持体３５上に配置される前にキャリヤ上に予め装填されるが、変形例として、ロードロック室４３内で支持体３５上に配置した状態でキャリヤ上に装填してもよい。次に、カバーを閉じてロードロック室を外部から封止し、ロードロック室４３内の圧力を真空チャンバ１１内の圧力にほぼ等しいレベルまで減少させる。これは、真空ポンプ４９により通路４７を介して行われる。圧力がいったん下がると、ウェーハ支持体３５を、頂壁１５からの封止を解き、カバー３１が頂壁１５の外部に対して封止状態のままで図２に示す位置まで下降させる。次に、ウェーハキャリヤを支持体３５から取り外し、別のキャリヤ５１が占有しているように示されているキャリヤ上のウェーハを処理する位置に移動させる。これを達成するための受渡し又は移送機構５３の全体が図１及び図２に示されている。
【００１３】  特定の一例として、図示のウェーハ処理法は、真空チャンバ１１の頂壁１５から吊下げ状態に保持されたキャリヤ５１上に装填されている場合のウェーハ上への金属又は他の物質の蒸着である。真空処理チャンバ１１内のウェーハに蒸着される物質の源５５が図示されている。このように処理されるウェーハのキャリヤは一般的には、例えば、キャリヤ４５，５１について示すように、ドーム状であり、である。蒸着以外の処理を真空チャンバ１１内で行う場合、異なる形式及び形状のウェーハキャリヤを使用するのがよい。ウェーハが平らな表面上に支持される平らなプレート又はウェーハが直立状態に保持されるボートが、他の考えられる手段である。さらに、変形例として各ウェーハを個々に移送して処理してもよいが、これは、通常は極めて非効率的であり、最も脆いガリウム砒素ウェーハにとって不適切である。
【００１４】  ウェーハキャリヤを、そのウェーハを真空チャンバ１１内で処理を施した後、ウェーハキャリヤを装填するための上述した段階の逆である一連の段階によって真空チャンバ１１から取り出す。支持体３５が図２に示すその下降位置にあるときに、キャリヤ例えば図１及び図２に示すキャリヤ４５を例えば以下に説明するような方法で移送機構５３によって支持体３５上に置く。次に、支持体３５を機構３９，４１によって、支持体が図１に示すように頂壁の下面と一緒になって封止する位置に上昇させる。カバー３１は、これらの段階の実施中、開口部２９を覆って封止したままである。外部及び真空チャンバ１１から封止された別個のコンパートメントであるロードロック室４３を次に、好ましくは不活性ガスの導入により弁５７及び通路４７を介してガス抜きする。ロードロック室４３の圧力が、装置の外部の圧力状態にあり、或いはそれとほぼ同じ圧力状態にあるとき、カバー３１を開き、ウェーハキャリヤを壁の開口部２９を通って支持体３５から取り出す。真空チャンバ１１は、キャリヤの取り出し中、頂壁１５に対して封止された支持体３５によって外部から封止されたままである。
【００１５】  壁１５を通る通路２９が、要素３１によって選択的に閉じられて封止される外側開口部と、要素３５によって選択的に閉じられて封止される内側開口部とを有している点に着目すれば、図１及び図２のロードロック室４３をより従来的な感覚で見ることができる。真空チャンバ１１内への通路の開口部を開閉するのに従来型滑りゲート弁を用いないで、要素３５を内側開口部の平面に実質的に垂直な方向に前後に移動させる。さらに、この弁要素３５は、物品をロードロック室４３と処理チャンバ１１との間で途中まで動かすのにも役立ち、これは、通常のゲート弁によって実施される機能とは極めて異なっている。この構造は、ハウジングの頂壁内に形成されるが、幾分設計変更を施した構造を、垂直方向に差し向けられたハウジング側壁を貫通して設けられた通路の周りに設けてもよく、この場合、処理チャンバ内への通路の開口部を封止する弁要素は又、開口部から遠ざかって処理チャンバ内に移動し、そして再び戻って通路の内側開口部を封止する際に物品を担持するようになる。
【００１６】  図１及び図２のウェーハキャリヤ移送機構５３は、新しいウェーハを処理のために真空チャンバ１１内へ配置し、すでに処理が施されたウェーハを真空チャンバ１１からの取り出しのために支持体３５上に配置することを目的としてキャリヤ４５，５１の位置を取り替える。機構５３は、まず最初にキャリヤ４５，５１のうち一方を一時的に第３の位置に移し、次に他方のキャリヤを移送し、次に、一時的な第３の位置からキャリヤを更に移す形式のものであるのがよい。この種の移送機構の欠点は、幾つかの個々の段階を全て実施するのに幾分時間がかかり、真空チャンバがウェーハキャリヤの一時的な第３の位置のために十分なスペースを備えていなければならないということにある。
【００１７】  したがって、移送機構５３は好ましくは、支持体３５上に置かれたウェーハキャリヤの位置と処理真空チャンバ内で吊り下げられているウェーハキャリヤの位置を同時に取り替える形式のものである。これを行う移送機構５３の一実施形態が、図３Ａ、図３３及び図３Ｃに示されている。２つのウェーハキャリヤ６１，６３の位置の取り替え方法が示されている。移送機構は、固定点６７の回りに回動ずる主アーム６５を有している。これよりも短い２つのアーム６９，７３が、アーム６５に対してそれぞれの連結点７１，７５を中心に回転自在な方法でアーム６５の互いに反対側の端部に取り付けられている。長さがアーム６５，６９，７３（図３Ａに最もよく示されている）の長さの合計に等しい単一のアームを用いても、このアームを点６７の回りに１８０°回転させるだけでキャリヤ６１，６３の位置を取り替える利点が得られる。しかしながら、これを行うには、破線で示す円７７内の広い面積をこの目的に使うことが必要になる。真空チャンバ１１（図１及び図２）内で行われる場合、この大きな振りを可能にするには、チャンバ１１の幅を、キャリヤ６１，６３のうち一方を一度に取り付けるのに必要な場合の幅よりも非常に大きくする必要がある。
【００１８】  したがって、アーム６５を点６７の回りに回転させる前に、まず最初にキャリヤ６１，６３を図３Ｂに示すように共に側方に移動させる。キャリヤを共に移動させるには、アーム６９，７３をそれぞれ、主アーム６５上のそれぞれのピボット点７１，７５の回りに回転させると同時に主アーム６５をキャリヤのサイズ及び機構の他の幾何学的形状で決まる鋭角にわたりピボット点６７を中心に時計回りの方向に回転させる。かくして、キャリヤを互いに向かって直線的に移動させる。
【００１９】  図３Ｂの位置にあるアーム及びキャリヤをピボット点６７の回りに実質的に１８０°回転させる場合、回転のためには破線の円７９内の面積を非常に小さくする必要がある。図３Ｃは、その回転後のキャリヤ及び移送機構の構成要素を実線で示している。次の段階では、アーム６５，６９，７３が真っ直ぐな線をなすまでこれらのそれぞれのピボット点の回りに同時に回転させることによりキャリヤ６１，６３を互いに直線的に遠ざける。主アーム６５を、そのピボット点６７回りに反時計回りの方向に回転させる。この結果、キャリヤ６１，６３は、図３Ｃに点線の外形線で示す位置６１´，６３´に移動することになる。すると、キャリヤ６１は、キャリヤ６３によって先に占められていた位置（図３Ａ）にあり、キャリヤ６３は、キャリヤ６１によって先に占められていた位置にある。
【００２０】図４を参照すると、図３Ａ〜図３Ｃのアーム６９，７３の自由端部がウェーハキャリヤをたやすく吊り上げて移動させるための例示の構造８１が示されている。フック状の器具が、各ウェーハキャリヤの中間部に取り付けられていて、キャリヤを構造８１で吊り上げた際にそのバランスをとるようになっている。かかるフック７７はウェーハキャリヤ４５に取り付けられ、別のフック７９がキャリヤ５１に取り付けられている（図１及び図２）。このフックの例が、図４に示されている。支柱８３が、キャリヤの上方に延びるようキャリヤの中央部に取り付けられている。ピン８５，８７が、支柱８３の端部の近くでその互いに反対側の側部の外方に延びている。吊上げ構造８１は、２つのアームを有し、これら２つのアームは、これらをそれぞれのピン８５，８７の下に移動させてピンをアームのそれぞれ対応関係にある凹部８９，９１内に嵌めると支柱８３を跨ぐよう互いに間隔を置いて位置している。
【００２１】  図３Ａ〜図３Ｃ及び図４を参照して説明したアームを動かす動力源は、これらの図には示されていないが、図１及び図２の移送機構５３の一部として含まれていて、制御装置２５によって制御されるようになっていることは理解されよう。真空チャンバ１１の頂壁１５の下面に取り付けられた単一の電気モータが、主アーム６５を回転させることができる。アーム６５の端部に取り付けられた小型モータが、アーム６９，７３をアーム６５に対して回転させることができ、図４のキャリヤ吊上げ装置（もしこれが用いられていれば）によって用いられる僅かな垂直運動量を提供する。当然のことながら、それに代えて、図３Ａ〜図３Ｃ及び図４の機構の構成要素を上述したように動かすのに用いることができる多くの他の装置及び方法を利用できる。
【００２２】  図３Ａ〜図３Ｃのキャリヤ位置取替え機構の変形例が、図５Ａ〜図５Ｃに示されている。２つのキャリヤ９３，９５の位置は、例えば機構５３によって真空チャンバ１１（図１及び図２）内で行われるように取り替えられている。ピボット９７のところで接合されたセグメント９６，９８から成るスイングアームが、適当なモータ源によって固定ピボット９９の回りに回転する。第２のアーム１０１の中間部が、点１０３のところでアーム９６，９８の別の端部に回動自在に取り付けられている。キャリヤ９３，９５の取替えの第１段階として、アームを図５Ａに示す位置に移動させ、かかる位置では、アーム１０１の一方の端部は、キャリヤ９３の吊上げフックに係合している。次に、キャリヤ９３を支持した状態で組立体を図５Ｂに示す位置に移動させ、かかる位置では、アーム１０１の他方の端部は、キャリヤ９５のフックに係合している。
【００２３】  次に、２つのキャリヤ９３，９５を互いに密接保持し、アーム９６に対するピボット１０３回りのアーム１０１の回転が、狭いスペース内で生じることができるようにする。通常、まず最初にスイングアーム９６，９８を図５Ｃに示す中間位置に移動させることが好ましい。次に、アーム１０１を時計回り又は反時計回りの方向に１８０°回転させると、キャリヤが図５Ｃに示す位置に運ばれる。次に、アームを図５Ａ及び図５Ｂに示す順序とは逆の順序で動作させてキャリヤ９３，９５を図５Ａに示すように同一距離、互いに遠ざける。回転は、破線で示す円１０５によって定まる小さな面積内で達成されることは注目されよう。この機構が収納された真空チャンバの幅を最小限に抑えるためにはピボット点９９をその円内に維持することが望ましいが、場合によっては、ピボットを円の外に移動させることが好ましい。このことが好ましい１つの場合は、ピボット９９及び（又は）スイングアームのセグメントを駆動する動力源が、アーム１０１を回転させた時にキャリヤ９３，９５のうち一方が横切る経路内に位置している場合である。ピボット点９９及び駆動動力源を円１０５の外に配置すると、この問題が解決される。アームセグメント９６を、別個に制御される別の動力源によってアームセグメント９８に対して動かす。
【００２４】  一度に多くのウェーハを図１及び図２に示す装置の真空チャンバ１１内で処理するためには、ウェーハキャリヤ（４５，５１）は、多数のウェーハを担持するようにする。この場合、キャリヤは、かなり大きく且つ重くなり、しかも、上述した方法で動かすことが困難になる場合がある。したがって、場合によっては、一度にウェーハキャリヤの一部だけを移動させることが望ましい。細切れにして動かすことができるキャリヤの一例が、図６に示されている。ドーム状表面を多数の楔形又はパイ形のセグメント、この場合、５つのセグメント１０７〜１１１に分割する。これらセグメントは、キャリヤの外周部を構成する円形部品１１３を含むフレームによって保持される。楔形部品１０７〜１１１のそれぞれの間に一つずつ、５本のスポークが、中央ハブ１１５と円形部品１１３との間で半径方向外方に延びている。
【００２５】  各楔形セグメントは、多数の円形開口部、例えば、楔形部品１１０に設けられた開口部１１７を有している。直径がこれら開口部の直径よりも僅かに大きい円形のウェーハが、クリップによって開口部の各々を覆った状態でドーム状表面の頂部上に通常の方法で保持されている。各楔形部品は、フック構造体、例えばフック１１９を有し、このフックと共に装置８１（図４）を用いると、各楔形部品を個々に吊り上げた状態でキャリヤフレームの上に置いたりこれから離すことができる。各フックは、その楔形部品の表面上の或る位置に配置されていて、ウェーハを最大量装填した状態でフックによって吊り上げられると楔形部品のバランスが取られるようになっている。
【００２６】  したがって、ウェーハキャリヤ全体を一作業で取り替える代わりに、セグメント状のキャリヤを用いるには、ドームセグメントの数、この場合、５に等しい回数の上述した形式の取り替え作業が必要になる。キャリヤ全体を一度に移送するのとは対照的に、個々のセグメントを移送する際の容易性及び速度が高まるので、５つの別々の取り替え作業を行うのに必要な追加の時間のうち幾分かが埋め合わせされる。当然のことながら、任意所与の用途の詳細に応じてキャリヤを５以外の或る別の数のセグメントに分割してもよい。
【００２７】  図７は、システムのスループットを増大させるためにセグメント状ウェーハキャリヤを真空処理システム内でどのようにして用いるかを示す平面図である。キャリヤフレームが、図示のように、真空システムの外に位置した外部装填（ローディング）領域、ロードロック室及び処理チャンバの各々の中に配置されている。次に、楔形ドーム状セグメントを一度に一つずつこれらフレーム相互間で移送する。例えば、図３Ａ〜図３Ｃ及び図５Ａ〜図５Ｃを参照して上述した機構の何れかによってセグメントをロードロック室と処理ウェーバのキャリヤフレームとの間で受け渡しするのがよい。互いに向かい合った隣接のキャリヤフレームの２つのセグメント１２１，１２３の取替え方法が、図７に破線の外形線で示すセグメントにより行われている状態で示されている。これら向かい合ったセグメントをこれらのそれぞれのキャリヤフレームから吊り上げ、一緒に移動させ、固定ピボット点１２５の回りに１８０°回転させ、再び離し、次に、これらが最初に位置した互いに反対側のキャリヤフレーム上に下ろす。次に、ロードロック室及び処理ウェーハ内のキャリヤフレームの各々を、７２°だけ回転させ、そして対向した新たな２つの楔形キャリヤセグメントを取り替える。これは、５回行われ、その後、ロードロック室と処理チャンバとの間のゲート弁を閉じる。次に、新しいウェーハのバッチを処理チャンバ内で処理する。
【００２８】  処理チャンバ内でキャリヤ上のウェーハが処理されている間、ロードロック室と外部の装填ドックとの間のゲート弁を開き、ウェーハを支持したセグメントをこれら２つの場所でキャリヤフレーム相互間で交換する。これは、ロードロック室及び処理チャンバ内でのキャリヤ相互間の移送について上述したのと同一の方法で達成できる。変形例として、別段のスペース上の制約が無い場合、互いに向かい合ったセグメントを回転の前後で一緒に移動させたり離す必要はなく、かくして、移送機構が幾分単純化される。この場合、移送機構は、固定ピボット１２９の回りに回転する状態で向かい合ったキャリヤセグメントフック相互間に延びる長さを備えた単一のアーム１２７であるのがよい。
【００２９】  セグメント取替えアーム１２７の変形例として、標準型のロボットアーム機構を用いてセグメントをロードロック室と外部装填ドックとの間で一度に一つずっ移動させてもよい。これを行う場合、外部装填ドックとロードロック室内のセグメントフレームを移送相互間で回転させる必要はない。また、同一のロボットアームを用いても、ウェーハを装填ドック上に配置されたときにセグメントから積み下ろすことができる。実際には、結果的にスループットが減少するので好ましいことではないが、ウェーハをロードロック室の外部から直接、ロードロック室内のドーム状表面から積み下ろすことができる。
【００３０】  楔形ウェーハキャリヤセグメントをロードロック室と処理チャンバとの間で取り替えるのに要するスペースを少なくするため、これらセグメントのサイズを一段と小さくするのがよい。これは、図７に示されており、この場合、セグメント１２１の尖った端部は変形例として、上述した形状の代わりとして線１３１に沿って切断された状態で示されている。同様に、セグメント１２３は、変形例として、線１３３に沿って切頭された状態で示されている。これにより、個々のセグメントによって支持できるウェーハの数が一つ分減るが、ピボット点１２５の回りに回転するのに要するスペースが少なくなるという利点が得られ、これは、処理装置の特定の形態において重要になる場合がある。
【００３１】  また、図７に示すウェーハキャリヤセグメントの一部として設けられたフックは、図６に示すものとは異なることに注目されよう。例えば、セグメント１２３に取り付けられたフック１３５（図７）は、キャリヤセグメント１１０のフック１１９の形状（図６）とは異なるループ状の形をしている。多くの別の形状が、セグメントを個々に吊り上げて移動させることができる目的に適う。
【００３２】  図７のウェーハキャリヤ移送装置を、図１及び図２と関連して上述したシステム内に具体的に構成することができる。ウェーハキャリヤフレームが、処理チャンバ内で頂壁１５から吊り下げられており、１つは支持体３５上に置かれ、別のものが、装填ドック内で装置の外に配置されている。キャリヤセグメントの移送中にこれら３つのフレームをそれぞれ別々に回転させるために別のモータが追加的に設けられている。このシステムもまた、ロードロック室と処理チャンバとの間に設けられた垂直方向ゲート弁及びロードロック室と外部装填ドックとの間に設けられた別の垂直方向ゲート弁を備えたいっそう従来型の処理装置の状態で具体的に構成できる。
【００３３】  上述したウェーハ移送又は受渡し法の利点は、かかる方法の実施の結果として、真空チャンバ内で処理されるウェーハのスループットが高くなるということである。当然のことながら、これにより、ウェーハ１個当たりの処理費用が減少する。図８の時系列図は、図７に示すシステムの作用の概要を示している。この図は、システムの作動に関して存在する並列性を示している。この結果、ウェーハのスループットが増大することになる。図８の最上部に位置する曲線は、時間の関数としての外部装填ドックの繰り返し移送作業を示している。図８の中間部に位置する曲線は、ロードロック室内での同一時刻で生じる作業を示している。図８の最下部の曲線は、処理チャンバの作業状態を示している。全部で３つの曲線は、共通の水平方向時間尺度に関して表されている。
【００３４】  時間間隔ｍでは（図８）、装填ドックは、先に処理されたウェーハバッチ０をロードロック室からその開いた外部ゲート弁を通して受け入れると同時に新しいウェーハのバッチ２をロードロック室内に積み込んでいる。このウェーハの取り替え状態は、最上部曲線と中間部曲線との間に示されている。また、時間間隔ｍの間、ウェーハのバッチ１は、処理チャンバ内で処理されている（最下部曲線）。ロードロック室の外部ゲート弁は外部に対して開かれているので、ロードロック室と処理チャンバとの間の内部ゲート弁は、真空が処理チャンバ内に維持されるように閉じられている。
【００３５】  次の時間間隔ｎの間、バッチ０の処理済みウェーハを外部装填ドックから取り出す。ロードロック室を、外部に対して閉じて処理ウェーハの圧力にほぼ等しい圧力まで減圧し、次に、ロードロック室と処理チャンバとの間のゲート弁を開く。ウェーハバッチ１の処理は、処理チャンバ内でこの時間の間続く。
【００３６】  次に、次の時間間隔ｐの間でウェーハを開き状態のロードロック室と処理チャンバとの間で移送する。この時間の間に、ウェーハバッチ１を処理チャンバから出し、新しいウェーハバッチ２を処理チャンバ内に入れる。
【００３７】  次に時間間隔ｑにおいて、ロードロック室と処理チャンバとの間のゲート弁を閉じ、ロードロック室をほぼ大気圧の圧力までガス抜きし、次に、外部へのゲート弁を開く。この時間の間、ウェーハバッチ２は、処理チャンバ内で処理されており、新しいバッチ３が装填ドック内に積み込まれている。
【００３８】  一連の時間間隔ｍ，ｎ，ｐ，ｑの経過後、同一の段階を同一の順序で次の時間間隔の間、別のウェーハのバッチについて繰り返し実施する。同一の作業をこの時間間隔の間に、時間間隔ｍの間に行われたように実施する。異なる点は、ウェーハの異なるバッチが装填ドックとロードロック室との間で交換されることである。同様に、時間間隔ｎの間に行われる作業を時間間隔ｓの間に繰り返し行う。異なる点は、異なるウェーハのバッチが処理されており、別のバッチがロードロック室内に存在し、これとは異なるバッチが装填ドックから取り出されていることである。
【００３９】  物品取替え搬送機構が必要でない用途又は特定の用途について必要な程度よりも一層複雑な用途では、図９及び図１０に示す一層簡単ではあるが改造型の別の搬送機構を利用するのがよい。図９及び図１０の真空装置は、図１及び図２と関連して上述したものと同一であり、対応関係にある特徴部分を示すため同一の符号が用いられている。先の実施形態の搬送機構５３は、図９及び図１０においては、水平方向支持レール１５３に沿って自由に前後に動くことができるキャリジ１５１によって具体化されている。垂直方向移動機構３９の頂部に取り付けられたプラットホーム１５５が、ロードロック室の下の位置にあるとき（図９）、キャリジ１５１に設けられた開口部１５７を通って支持体３５の下面に接触することができる。次に、支持体３５を、支持体３５がキャリジ１５１の上に載る図９に示す位置と、支持体３５がロードロック室４３（図１）を形成するよう頂壁１５の下面で封止される位置との間で移動させるのがよい。
【００４０】  キャリジ１５１を任意の都合のよい動力源を用いてレール１５３に沿って移動させることができる。１つの適当な移動機構は、スコッチヨーク（scotch yoke）であり、この場合、ロッドに取り付けたアームをモータ又は他の或る動力源で回転させるとスロット内で前後に摺動するかかるロッドが、キャリジ３５の右側に沿って図９及び図１０の紙面に向かって延びるスロットによって支持される。プラットホーム１５５及び機構３９は当然のことながら、キャリジをレールに沿って移動させる前にキャリジ１５１の下に位置する図１０に示す位置まで引っ込められる。キャリジ１５１が図１０に示す位置にあるとき、フック８０をキャリヤ支持機構７８から下に下ろして相手のキャリヤフック７７に係合させてウェーハキャリヤ４５を処理のために上方に吊り上げ、そしてキャリヤ４５を処理後にキャリヤ上に再び下ろしてロードロック室の下に位置する図９に示す位置に戻す。
【００４１】  図９及び図１０に示す搬送又は受渡し機構のサイクル動作について以下に説明する。未処理のウェーハを備えたキャリヤを、頂壁１５の下面に対して封止された状態で開口部２９を通って支持体３５上に置く。次に、蓋３１を閉じて頂壁１５に対して封止し、封止されたロードロック室内の圧力を減少させる。真空チャンバ１１内の圧力に実質的に等しい圧力まで下げた後、支持プラットホーム１５５を下ろして支持体３５をキャリジ１５１上に置き（図９）、次にプラットホーム１５５を更に下げてキャリジ１５１を通過させる。キャリジ１５１及びウェーハキャリヤを次に真空チャンバ１１内の処理位置（図１０）に移動させる。次に、フック８０を下ろしてこれがウェーハキャリヤフック７７に係合するようにし、それによりウェーハキャリヤ４５をキャリジ１５１（図示せず）の上方に持ち上げ、キャリジ１５１をウェーハの処理中にチャンバ１１の左側に戻す。処理後、キャリジ１５１をウェーハキャリヤの下で動かして右側に戻し、ウェーハキャリヤをキャリジ上に下ろす。次に、キャリジ１５１を左側に戻し、プラットホーム１５５をキャリジ開口部１５７を通って上昇させ、支持体３５を上方に持ち上げて頂壁１５の下面で封止する。その結果得られるロードロック室をガス抜きし、蓋３１を開き、キャリヤ又はキャリヤ上のウェーハを取り出す。次に、新しいウェーハを処理チャンバへの移送のためにロードロック室内に配置する。
【００４２】  キャリジ１５１を利用する実施形態が、図１及び図２に示すロードロック室と共に具体化されるように図９及び図１０に示されているが、かかるキャリジは、これと処理チャンバとの間に位置する垂直方向ゲート弁を備えた従来型ロードロック室にも使用できる。ウェーハキャリヤをロードロック室内のキャリジから積み下ろす方法は当然のことながら、図９及び図１０に示す方法とは異なっている。まず最初に、キャリジを、処理チャンバへのその垂直方向に差し向けられたゲート弁を閉じると共に外部への垂直方向に差し向けられたゲート弁を開いた状態でロードロック室内に配置する。例えば、外部に取り付けられたロボットアームが次にウェーハキャリヤを吊り下げた状態でロードロック室の外部からキャリジ上に載せたいこれから離す。新しいウェーハのキャリヤをキャリジ上に装填した後、例えば、外部ゲート弁を閉じ、ロードロック室を減圧し、処理チャンバ内へのゲート弁を開き、キャリジをこの上にウェーハキャリヤを備えた状態で処理チャンバ内に移動させる。次に、ウェーハキャリヤを処理のための位置に吊り上げ、キャリジを処理中ウェーハの下から出す。処理後、ウェーハキャリヤを取り出すには、これをキャリジ上に載せ、上記の段階の逆を行うことによりキャリジを取り出す。
【００４３】  さらに別の単純化された搬送方法の全体が図１１に示されている。真空処理チャンバ１６１が、物品の処理のための場所１６３及びロードロック室内に位置し又はその下に整列した場所１６５を有している。これは、上述したものと類似している。しかしながら、この形態における異なる点は、真空チャンバ内に設けられていて、２つの場所１６３，１６５相互間で移動しているウェーハキャリヤ或いはウェーハキャリヤ又は他の物品の一部の一時的保管のために別の場所１６７が用いられていることにある。チャンバ１６１内のロボットアーム１６９が、一物品を場所１６３，１６５，１６７相互間で一度に移動させる。特定の手順の１つは次の通りである。処理済みの物品をアーム１６９によって場所１６３から場所１６７に動かし、場所１６５内に早期に段階的に位置した処理されるべき物品を場所１６５から場所１６３に移す。次に、処理済みの物品を場所１６７から場所１６５に移す。次に、場所１６３の物品を処理している間に、場所１６５の物品をロードロック室から取り出し、これに代えて処理されるべき別の物品を入れる。この処理が完了した後においては、物品の移動の順序が完了している。当然のことながら、この手順を、新しい物品を別の物品が場所１６３で処理されている間に交換場所１６７に移動させ、次に処理済みの物品を直接場所１６３から場所１６５に移し、次に、新しい物品を場所１６７から場所１６３に移すことにより設計変更できる。別の方法として、ロボットアーム１６９に代えて、図９及び図１０の実施形態の直線キャリジシャットル１５１と同様に動作する回転移送装置を用いてもよく、異なる点は、この移送装置が回転することである。
【００４４】  標準型ロボットアーム機構１７１を用いて物品を一度に一つずつロードロック室１６５と外部装填場所１７３との間で移すのがよい。変形例として、物品を上述したようにこれらを同時に取り替えることにより場所１６５，１７３相互間で移送してもよい。処理されるべき物品がウェーハの場合、別のロボット機構１７５が、処理済みウェーハを場所１７３内のキャリヤからウェーハカセット１７７に移し、新しいウェーハをカセット１７７から場所１７３のキャリヤに移す。
【００４５】  この処理機械のスループットを増大させるために、かかる交換場所もまた、図９及び図１０の実施形態に組み込むことができる。ウェーハキャリヤを交換場所でキャリジ１５１から吊り上げるための別の機構（図示せず）が真空チャンバ１１内に設けられている。この場合、これにより、別のウェーハキャリヤを、図１１を参照して上述したような方法で、しかしながら異なる機構を用いることにより図９及び図１０に示す２つの場所相互間で受け渡しすることができる。
【００４６】  図１２の略図は、上述したウェーハの取扱いと移送法の特定の組み合わせを利用したウェーハの処理のための蒸着機械を示している。ドーム状ウェーハ支持フレーム１８１が処理チャンバ１８３内に吊り下げられており、この処理チャンバは、説明の目的上その側部を取り除いた状態で示されている。フレーム１８１は、図６及び図７と関連して上述したようにドーム状キャリヤ表面の楔形セグメントを支持しており、ウェーハは図１２には示されていない。別の類似のフレーム１８５が従来型ロードロック室１８７内に吊り下げられており、この場合もまた、ロードロック室の側部は取り除かれている。従来型ゲート弁１８９が、チャンバ１８３，１８７相互間に配置されている。別のゲート弁１９１が、ロードロック室１８７と外部との間に設けられている。
【００４７】  キャリヤドーム状セグメントは、機構１９３によってチャンバ１８３，１８７相互間で移送され、機構１９３はこの例では、２つのウェーハキャリヤセグメントの位置を一度に取り替えるよう回転するアームである。より従来型のロボットアーム１９５が、キャリヤセグメントをロードロック室１８７内のフレーム１８５と外部に設けられた装填場所１８７との間で一度に一つずつ積み下ろす。同一のロボットアーム１９５を、ウェーハを装填場所１８７上に載っているキャリヤセグメントと複数の垂直方向に積み重ねられたウェーハカセット１９７との間で移送するのに用いることができるよう改造することができ、これらカセットは変形例として、垂直方向に配置してもよい。
【００４８】  本発明の種々の特徴を特定の実施形態と関連して説明したが、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の或る幾つかの特徴を備えた真空処理装置の略図である。
【図２】  図１の装置を示す図であり、その構成要素のうちの１つが別の位置に移されている状態を示す図である。
【図３Ａ】  図１及び図２の装置並びに別の場合に使用できる物品受渡し機構の一実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】  図１及び図２の装置並びに別の場合に使用できる物品受渡し機構の一実施形態を示す図である。
【図３Ｃ】  図１及び図２の装置並びに別の場合に使用できる物品受渡し機構の一実施形態を示す図である。
【図４】  図３Ａ及び図３Ｂの物品受渡し機構に用いることができる物品吊上げ構造を示す図である。
【図５Ａ】  図１及び図２の装置並びに別の場合に使用できる物品受渡し機構の別の実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】  図１及び図２の装置並びに別の場合に使用できる物品受渡し機構の別の実施形態を示す図である。
【図５Ｃ】  図１及び図２の装置並びに別の場合に使用できる物品受渡し機構の別の実施形態を示す図である。
【図６】  図１及び図２の装置並びに別の場合に使用されるセグメントから成るドーム状ウェーハキャリヤを示す図である。
【図７】  図１及び図２の装置又は図６のセグメントから成るドーム状ウェーハキャリヤを備えた従来型真空処理装置の作用を示す平面図である。
【図８】  例えば図７に示す真空処理装置の作用を示す時系列図である。
【図９】  図１及び図２に示す真空処理装置と類似した真空処理装置の略図であり、別形式の物品受渡し機構が真空チャンバ内に設けられている状態を示す図である。
【図１０】  図９の装置を示す図であり、その物品受渡し機構が別の位置にある状態で示す図である。
【図１１】  真空チャンバの内外に位置した更に別の物品受渡し装置を概略的に示す図である。
【図１２】  ウェーハ搬送装置を含むウェーハ処理機械一式の部分切除図である。
【図１】
0005209158.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
0005209158.tif 000004
【図３Ｂ】
0005209158.tif 000005
【図３Ｃ】
0005209158.tif 000006
【図４】
0005209158.tif 000007
【図５Ａ】
0005209158.tif 000008
【図５Ｂ】
0005209158.tif 000009
【図５Ｃ】
0005209158.tif 000010
【図６】
0005209158.tif 000011
【図７】
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【図８】
0005209158.tif 000013
【図９】
0005209158.tif 000014
【図１０】
0005209158.tif 000015
【図１１】
0005209158.tif 000016
【図１２】
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